一种自给能探测器群及其布置优化方法技术

一种自给能探测器群及其布置优化方法，本发明专利技术提出了一种改进的探测器群结构，并对探测器群的布置方法进行优化，提出了一种具有更高中子灵敏度和中子通量测量精度的自给能探测器群。该探测器群中使用的自给能探测器为具备多层结构的新型自给能探测器，通过多层设计降低自给能探测器发射体自屏蔽效应影响，从而达到增加探测器灵敏度的效果。该自给能探测器群基于粒子群优化算法对自给能探测器群的轴向布置方式进行了优化，通过减少群内各探测器之间的干扰提高探测器群的测量精度。该自给能探测器群具有使用多层自给能探测器，测量精度高，探测器灵敏度高，方法通用性强，操作简单，适用范围广，可贴合堆内不同位置中子注量率轴向分布的特点。向分布的特点。向分布的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种自给能探测器群及其布置优化方法


[0001]本专利技术涉及核反应堆中子探测领域，是一种自给能探测器群及其布置优化方法。

技术介绍

[0002]核反应堆的中子注量率分布直接影响反应堆芯功率分布，是堆芯运行状态的重要反映和确定堆芯运行限值和安全裕量的重要参数。准确测量堆芯内中子注量率分布可以提高堆芯运行的安全性、有效减少操作规程的保守裕量以提高核电站的经济效益。
[0003]当前，自给能探测器广泛应用于AP1000、华龙一号等三代核电的堆内中子注量率监测，其无需外接电源的特点和简单紧凑的结构使其方便置入堆芯仪表管，耐高温高压和抗辐照的特性使其能特别适合反应堆环境下的堆内监测。由于自给能探测器采用核活化法，发射体材料与中子发生反应后可放出β或γ射线并形成可被探测的直流电流，故自给能探测器还具有无需偏压、能在线稳定测量堆内中子注量率的优点。
[0004]自给能探测器的主要技术指标为灵敏度、响应时间和燃耗寿命。灵敏度反映探测器在单位热中子注量下产生电流信号的能力，响应时间反映探测器从与中子反应到产生稳定电流的时间，燃耗寿命反映探测器在持续受定能量中子照射下所能承受的估计值，超过燃耗寿命后探测器的偏差会超过允许范围。
[0005]目前在第三代核反应堆中采用的主流探测器群为铑或钒自给能探测器，主流群布置方法为轴向等长布置或环形阵列不等长布置。其主要面临信号响应电流小、中子注量率测量信号受堆芯γ射线影响以及探测器之间互相干扰的问题，目前对如何有效提高中子灵敏度以提高响应电流、如何减少γ响应信号影响、如何降低群内探测器之间干扰和如何减少发射体耗材的研究仍需要进一步研究。

技术实现思路

[0006]为了克服上述现有技术存在的问题，提高堆芯内中子注量率测量的准确性，本专利技术提供了一种自给能探测器群及其布置优化方法，使用了高灵敏度的多层自给能探测器，并基于粒子群优化算法给出了探测器群布置优化方法。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案予以实施：
[0008]一种自给能探测器群，该自给能探测器群由7根多层结构设计的自给能探测器构成，每根探测器的灵敏部分顶端距离电缆套管底端的距离与每根探测器灵敏部分的长度各不相同，其中灵敏部分顶端距离电缆套管底端的距离以下简称高度，每根探测器灵敏部分的长度以下简称长度；
[0009]所述探测器群中每根探测器的高度及长度均为单位探测器长度的整数倍，单位探测器长度为堆芯内待测区总高度与待测点数量的比值；
[0010]所述探测器群中探测器按1
‑
7编号的顺序以环形阵列布置，1号位于环形圆心处，2
‑
7号顺序位于环形阵列上均匀分布；
[0011]所述探测器群中各探测器的高度与长度优化结果如下：
[0012]编号1234567高度/单位长度5102430长度/单位长度2234224
[0013]所述探测器群置于外层套管内，所述外层套管与压水堆组件仪表管长度相当并布置于仪表管内，所述探测器群与外层套管之间充满氮气，所述探测器群中各探测器与套管顶部由电缆相连；
[0014]所述自给能探测器群由7根多层结构设计的自给能探测器构成，每一根探测器主体部分呈同轴结构，从内向外共有五层，分别为内收集体1、内绝缘体2、发射体3、外绝缘体4以及外收集体5；
[0015]所述内收集体1、内绝缘体2、发射体3以及外收集体5的底端封闭，所述内收集体1、发射体3以及外收集体5的顶端与电缆连接；
[0016]所述外收集体5为中空的筒形圆底管状；
[0017]所述发射体3通过所述内绝缘体2、外绝缘体4分别与所述内收集体1、外收集体5隔开，所述外收集体5的底部内置有填充材料6，用于与外绝缘体4隔开。
[0018]所述待测点数量n为7。
[0019]所述探测器的发射体3材料为高纯度铑。
[0020]所述探测器的内绝缘体2、外绝缘体4、电缆填充材料为氧化铝或氧化镁。
[0021]所述探测器的收集体3材料为因科镍或不锈钢。
[0022]所述的一种自给能探测器群的布置优化方法，包括如下步骤：
[0023]步骤1：获得待布置探测器位置处堆芯轴向通量分布的参考解向量
[0024]步骤2：将实际的探测器群布置方式抽象表示为n维位置向量x
p
和n维长度向量x
l
，对一个探测器群内各探测器的n维位置向量x
p
和n维长度向量x
l
进行抽样；
[0025]步骤3：由一个探测器群内各探测器的x
p
和x
l
形成一个布置方式矩阵X，对每个矩阵X进行可观性判断，若该矩阵X不可逆则意味着布置方式矩阵方程不可解，将回到步骤2重新抽样，若该矩阵X可逆则意味着布置方式矩阵方程可解，则进行步骤4；
[0026]步骤4：对探测器群使用蒙卡方法进行建模与模拟，获得对应布置方式下各探测器表面总中子通量密度
[0027]步骤5：解布置方式矩阵方程获得对应布置方式下测得的测点位置轴向中子通量密度分布
[0028]步骤6：根据与对应高度处参考解获得对应布置方式的测量通量误差均方差记录下历次迭代过程中的均方差，其中最小值记为历史均方差σ
min
；
[0029]步骤7：分别用公式(1)和公式(2)抽样位置变化速度向量v
p
和长度变化速度向量v
l
，并更新下一轮迭代中的位置向量和长度向量的回到步骤3，开始新一轮迭代，注意在抽样后需要对位置变化速度向量v
p
和长度变化速度向量v
l
的抽样结果进行圆整处理；具体处理方法见公式(1)和公式(2)：
[0030][0031][0032]其中分别为第k次迭代的位置变化速度向量和长度变化速度向量，分别为第k次迭代的位置变化速度向量和长度变化速度向量，分别为第k
‑
1次迭代的位置变化速度向量和长度变化速度向量，ω、c1、c2分别为惯性权重、自我学习因子以及种群学习因子，Rand为(0，1)范围内的随机数，分别为迭代过程中个体历史最佳位置和个体历史最佳长度，代过程中个体历史最佳位置和个体历史最佳长度，分别为迭代过程中种群历史最佳位置和种群历史最佳长度，分别为第k
‑
1次迭代的位置向量和长度向量，k为迭代代数记号；抽样完毕后即得到第k次迭代的位置向量和长度向量对其边界条件进行判断与修正，并判断矩阵X可观性；
[0033]步骤8：当历史均方差σ
min
小于设定值或迭代次数达到一定值后中止循环，获得此处探测器群内各探测器的位置及长度优化结果，由所得最优探测器位置和长度即唯一确定一种测量精度最高的布置方式。
[0034]基于粒子群优化算法原理对所述探测器群内各探测器的位置和长度参数进行优化，使用布置方式矩阵将实际的探测器群模型抽象为数学模型，群内各探测器的高度参数抽象为位置向本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自给能探测器群，其特征在于：该自给能探测器群由7根多层结构设计的自给能探测器构成，每根探测器的灵敏部分顶端距离电缆套管底端的距离与每根探测器灵敏部分的长度各不相同，其中灵敏部分顶端距离电缆套管底端的距离以下简称高度，每根探测器灵敏部分的长度以下简称长度；所述探测器群中每根探测器的高度及长度均为单位探测器长度的整数倍，单位探测器长度为堆芯内待测区总高度与待测点数量的比值；所述探测器群中探测器按1
‑
7编号的顺序以环形阵列布置，1号位于环形圆心处，2
‑
7号顺序位于环形阵列上均匀分布；所述探测器群中各探测器的高度与长度优化结果如下：编号1234567高度/单位长度5102430长度/单位长度2234224。2.根据权利要求1所述的一种自给能探测器群，其特征在于：所述探测器群置于外层套管内，所述外层套管与压水堆组件仪表管长度相当并布置于仪表管内，所述探测器群与外层套管之间充满氮气，所述探测器群中各探测器与套管顶部由电缆相连；所述自给能探测器群由7根多层结构设计的自给能探测器构成，每一根探测器主体部分呈同轴结构，从内向外共有五层，分别为内收集体(1)、内绝缘体(2)、发射体(3)、外绝缘体(4)以及外收集体(5)；所述内收集体(1)、内绝缘体(2)、发射体(3)以及外收集体(5)的底端封闭，所述内收集体(1)、发射体(3)以及外收集体(5)的顶端与电缆连接；所述外收集体(5)为中空的筒形圆底管状；所述发射体(3)通过所述内绝缘体(2)、外绝缘体(4)分别与所述内收集体(1)、外收集体(5)隔开，所述外收集体(5)的底部内置有填充材料(6)，用于与外绝缘体(4)隔开。3.根据权利要求1所述的一种自给能探测器群，其特征在于：所述待测点数量n为7。4.根据权利要求1所述的一种自给能探测器群，其特征在于：所述探测器的发射体(3)材料为高纯度铑。5.根据权利要求1所述的一种自给能探测器群，其特征在于：所述探测器的内绝缘体(2)、外绝缘体(4)、电缆填充材料为氧化铝或氧化镁。6.根据权利要求1所述的一种自给能探测器群，其特征在于：所述探测器的收集体(3)材料为因科镍或不锈钢。7.权利要求1至6任一项所述的一种自给能探测器群的布置优化方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：获得待布置探测器位置处堆芯轴向通量分布的参考解向量步骤2：将实际的探测器群布置方式抽象表示为n维位置向量x
p
和n维长度向量x
l
，对一个探测器群内各探测器的n维位置向量x
p
和n维长度向量x
l
进行抽样；步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹良志，冯哲琳，周遥，彭贺宇，吴宏春，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：